آلية عمل جيجابت إيثرنت 1000BASE-T

يُعد جيجابت إيثرنت “1000BASE-T” عبارة عن شبكة توفر سرعة (1000 ميجابت في الثانية) على الكابلات النحاسية، باستخدام أربعة أزواج من الزوج الملتوي غير المحمي من الفئة “5”؛ لتحقيق معدل بيانات جيجابت، حيث يمكن استخدام “1000BASE-T” في مراكز البيانات لتبديل الخوادم وللارتباطات الصاعدة من محولات الكمبيوتر المكتبي أو مباشرة إلى سطح المكتب لتطبيقات النطاق العريض “Broadband”.

كيفية عمل 1000BASE-T:

الميزة الكبيرة لـ “1000BASE-T” هي أنّه يمكن استخدام الكابلات النحاسية الحالية بدلاً من الاضطرار إلى إعادة الأسلاك باستخدام الألياف الضوئية، وأحد أكثر الأشكال شيوعاً لشبكة جيجابت إيثرنت هو النوع الذي يتم تشغيله عبر الأسلاك النحاسية أي كابلات إيثرنت “Cat5” أو “Cat6” أو “Cat 7”.

من أجل تمكين جيجابت إيثرنت “1000BASE-T” من العمل عبر كابلات “Cat 5” القياسية أو كابلات مماثلة، كما تعمل تقنيات النقل المستخدمة بطريقة مختلفة قليلاً عن تلك المستخدمة بواسطة “10BASE-T” أو “100BASE-T”، حيث كانت الطريقة التي تم تصميمها بارعة ولم تمكّن التوافق مع الإصدارات السابقة فحسب، بل سمحت أيضاً بالاستمرار في استخدام أنواع الكابلات الحالية وكابلات “Ethernet” التي ربما تم تثبيتها بالفعل في العديد من شبكات المنطقة المحلية “LAN” والتركيبات الأخرى.

تحتوي كابلات “Cat 5” على أربع مجموعات من الأسلاك المزدوجة الملتوية، حيث يتم استخدام اثنتين منها فقط مع “10BASE-T” أو “100BASE-T”، كما تستفيد “1000BASE-T” الإيثرنت بالكامل من الأسلاك الإضافية، حيث يتم نقل البيانات على طول الأسلاك المزدوجة الملتوية داخل كابل “Ethernet”، حيث يتم استخدام سلك واحد للجانب الموجب والآخر للجانب السلبي من شكل الموجة أي إرسال واستقبال، ونظراً لأنّ الإشارتين معاكستان لبعضهما البعض، فإنّ يتم إلغاء أي إشعاع.

وبالمثل يوفر المخطط مناعة ضد الضوضاء عند الاستقبال أيضاً كما تم تسمية البيانات المستلمة “RD” والبيانات المرسلة “TD”، كما يبلغ الحد الأقصى للمعدل في الساعة في كابل “Cat 5” المستخدم لإرسال “100BaseT Ethernet” حوالي  125 ميجابت في الثانية، والسبب في ذلك هو أنّ الإشارة مشفرة بحيث يتم تشفير “8 بتات” في إشارة “10 بتات” في مخطط يعرف بـ “8B / 10B”.

وبالتالي، للإرسال بسرعة “100 ميجابت في الثانية “، فإنّ الحد الأقصى للمعدل في الساعة هو “125 ميجاهرتز”، حيث يمكن أيضاً استخدام هذا العامل للاستفادة منه خلال جيجابت إيثرنت “1000BASE-T” لتحقيق معدل” 1000 ميجابت في الثانية”، يستخدم مجموعة متنوعة من التقنيات للاحتفاظ بأقصى معدل ومع زيادة معدل نقل البيانات لجيجابت، وبهذه الطريقة يمكن استخدام كابل “Cat 5” القياسي ككابل “Gigabit Ethernet”.

أساليب إرسال الإشارة في كابل Gigabit Ethernet:

الأسلوب الأول هو أنّه بدلاً من استخدام سلكين لتمكينه من حمل إشارة تمثل “0” أو “1”، فإنّه يستخدم مجموعتين من الأزواج الملتوي، وبهذه الطريقة يمكن إرسال أربع مجموعات بيانات مختلفة: “00” و”01″ و”10″ و”11، ممّا يعطي زيادة في سرعة الإرسال أربعة أضعاف، ولإعطاء زيادة أخرى في السرعة بمعامل اثنين، يتم استخدام كل زوج مجدول لإرسال واستقبال البيانات أي أنّ كل زوج مجدول ثنائي الاتجاه.

تُعرف طريقة الإرسال هذه باسم” 4D-PAM5″، ويبلغ الحد الأقصى لمعدل البيانات “125 ميجابت في الثانية × 4 خطوط إشارة × 2 بت لكل إشارة = 1000 ميجابت في الثانية”، وبدلاً من زيادة معدل بيانات كل خط إشارة، يتم إرسال المزيد من البيانات عن طريق حملها بطرق أكثر.

يتم استخدام جهد إضافي لتصحيح الخطأ، وعلى الرغم من أنّ الأزواج الملتوية والإشارات التفاضلية تقلل من أخطاء البيانات، إلّا أنّها لا تزال ممكنة، خاصةً عندما تكون الأطوال أطول ممّا يمكن، وعلى الرغم من استخدام نفس الكابلات لشبكة جيجابت إيثرنت، فقد تم تغيير تعيينات الخطوط الفردية في كابل “Gigabit Ethernet”؛ لتعيين الطريقة التي يتم بها نقل البيانات، حيث تُشير الأحرف “BI” إلى أنّ البيانات ثنائية الاتجاه والحروف “DA” و”DB” تشير إلى البيانات أ والبيانات ب، حيث يرمز الحرف “D” إلى “Data” و”A and B” على نوع البيانات. 

أصبحت جيجابت إيثرنت بسرعة معياراً مقبولاً ليس فقط للاستخدام للارتباطات عالية السرعة في شبكات المنطقة المحلية وشبكات المنطقة الواسعة “WAN“، ولكن أيضاً للارتباطات القياسية بين أجهزة الكمبيوتر وأجهزة التوجيه ومفاتيح الشبكة والأجهزة الطرفية الأخرى، حيث تحتوي العديد من أجهزة الكمبيوتر على شبكة “Gigabit Ethernet” المُعدّة بشكل قياسي، وهذا يعني أنّ الشبكات تتطلب استخدام محولات شبكة “Gigabit” وأجهزة التوجيه.

ومع ذلك، فإنّ حقيقة أنّ كابل “Cat 5” القياسي يمكن استخدامه لمتغير “1000BASE-T”، يعني أنّ شبكة جيجابت إيثرنت ستتخذ بسرعة من المتغيرات السابقة لشبكة إيثرنت، ممّا يسمح بزيادة السرعات بشكل كبير.

• تُشير “Cat” إلى “Categories”.

• “TD” هي اختصار “Transmission Data”.

• “RD” هي اختصار “Receiver Data”.

• “4D-PAM5″ هي اختصار ” 5level pulse amplitude modulation – 4 Dimensional”.

• “BI” هي اختصار “bi-directional”.

الجوانب العملية في جيجابت إيثرنت:

من أجل الحصول على الأداء الأمثل وإعداد النظام؛ للتأكد من أنّه يعمل بشكل صحيح، هناك بعض النقاط العملية التي يتم طرحها.

1. الكابلات:

تم تطوير جيجابت إيثرنت “1000BASE T” بفكرة استخدام كبلات Cat 5 Ethernet العادية، ومع ذلك توصي العديد من الشركات باستخدام كابلات “Cat 5e” أو “Cat 6” أو “7 Cat” ذات المواصفات الأعلى بعد توفرها، على الرغم من أنّها أغلى ثمناً قليلاً، إلّا أنّ كابلات الإيثرنت ذات المواصفات الأعلى توفر أداءً محسّناً في الحديث المتبادل وخسارة العودة.

ممّا يؤدي إلى جعلهم أقل عرضة للضوضاء، أمّا عندما يتم تمرير البيانات بمعدلات عالية جداً، فهناك دائماً احتمال أن تسبب الضوضاء الكهربائية مشاكل، كما قد يؤدي استخدام الكابلات التي تم فحصها وذات الأداء العالي إلى تحسين الأداء، خاصةً عند استخدامها في بيئة كهربائية صاخبة أو على فترات. 

2. توصيل أجهزة أبطأ:

يُعد “1 جيجا بايت إيثرنت”، مثل معايير إيثرنت الأخرى متوافقة مع الإصدارات السابقة، حيث عادةً ما يتم تزويد أجهزة الكمبيوتر الجديدة وأجهزة التوجيه ومحولات Ethernet بسعة “1 جيجابت إيثرنت”، ولكن قد لا يتم تزويد العديد من الأجهزة القديمة.

عندما يكون هناك مزيج من “Gigabit Ethernet” والإصدارات الأقدم مثل “100” أو حتى “10 ميغابت في الثانية” إيثرنت  سيرسل النظام البيانات بالمعدل الذي يمكن أن يستوعبه أبطأ جهاز، كما لن يكون هناك أي فقد للبيانات ولكن قد تبدو الأشياء بطيئة بعض الشيء عند التحدث إلى الأجهزة الأقدم التي تزيد سرعتها عن “10 ميجابت في الثانية” أو “100 ميجابت في الثانية”. 

كيفية التحقق من أن الجهاز يدعم تقنية 1Gb Ethernet:

غالبًا ما يكون هناك علامة بواسطة منفذ الإيثرنت مكتوب عليها مثل “1GE” أو “Gigabit Ethernet” أو “Gb Ethernet” أو ما شابه، حيث تُشير العلامة إلى “Gig Ethernet”، أمّا في حالة عدم وجود علامة فمن الضروري اللجوء إلى المواصفات لمعرفة التفاصيل أو التحقق منها عبر قائمة الشبكات على الكمبيوتر.

1- معيار IEEE 1000Base-T 802.3ab:

تطلب معيار (IEEE 802.3z) كابلات ألياف متعددة الأوضاع أو كابلات نحاسية محمي، ولكن بعد ذلك بعامين مكّن “1000Base-T GbE” من العمل على نحاس “Cat 5” العادي واستخدامه بسهولة في الشبكات الحالية، وأربعة أزواج من الأسلاك ترسل كل منها “250 ميجابت في الثانية” في كلا الاتجاهين.

2- معيار “1000Base-T”:

معيار منافس تم إنشاؤه بواسطة “TIA” وهو اختصار ل “Telecommunications Industry Association”، والذي لم يستخدم إلكترونيات أبسط ولكنّه يتطلب كابلات “Cat 6”.